城市的路灯光源从油灯到电灯走过了漫长的历史,现代城市路灯的光源都是电光源。由于各种不同的需要,电光源种类繁多,形状千差万别。按照从电能转化的形式区分,现代城市常用的电光源为热辐射光源和气体放电光源。下面简要谈谈现代城市路灯常用的电光源。
一、路灯常用电光源的分类城市路灯的电光源,可以根据其原理、构造和性能等特点分类。1 按电能的转化形式分类(1)热辐射光源利用电流将物体加热到白炽程度而产生光的光源。如应用广泛的白炽灯和卤钨灯。(2)气体放电光源利用电流通过气体(或蒸气)而发射的光源。这种光源又可按两种不同的方式分类。但总的说来这类光源具有发光效率高,使用寿命长等优点。(ａ)按放电媒质又可分为:气体放电灯,主要是利用气体中的放电,例如氙灯,氖灯等;金属蒸气灯,主要是利用金属蒸气的放电,由金属蒸气产生光,如汞灯、钠灯金卤灯等。(ｂ)按放电形式可分为:辉光放电灯,这类灯由正辉光放电柱产生光,放电的特点是阴极的次极发射比热电子发射得多(冷阴极),这类灯通常需要很高的电压,如霓虹灯;弧光放电灯,这类灯主要利用正弧光放电柱产生光,放电的特点是阴极位降较小(属热阴极灯)。这类灯通常需要专门的起动器件和线路才能正常工作,如荧光灯、汞灯、钠灯等。2 按其它特点分类放电光源按充入气体(或蒸气)的种类和气压高低命名。如高压汞灯,低压钠灯、高压钠灯、金卤灯等。无论如何分类,目前城市路灯的常用电光源主要是金卤灯、高压汞灯、高压钠灯和白炽灯。金卤灯的产量所占比例还较小,但这是城市路灯的发展方向。
二、路灯常用光源的光色夜间,路灯像太阳一样给人们带来了光明。关于光的性质学说,历史上麦克斯韦提出了光是电磁波的学说,认为光就是一种电磁波。在电磁波中,波长为380～780ｎｍ的电磁波作用于人们眼睛能产生视觉,这部分电磁波就是可见光。波长从380ｎｍ向780ｎｍ增加时,光的颜色按紫、蓝、绿、黄、红顺序排列。电光源的光色包括色表和显色性两个方面。色表是指光源发光颜色,即从外观上看到的光的颜色;显色性是指在光源照明下,各种颜色在视觉上的失真程度,通常用显色指数表示。当光源的显色性和基准光源相同时,显色指数值最大为100,显色性越差显色指数越小。当城市路灯采用高压汞灯照明时,如果从远处看,人们会觉得它发出的光既白又亮。但看到被它照射的面孔时,好像人脸上抹了一层青灰,又觉得不满意。因为汞灯的谱线中缺少蓝绿色。特别是红色。所以看起来令人不舒服。这就说明高压汞灯色表不错,即发光又白又亮,但显色性不好。白炽灯光源与汞灯光源情况正好相反。远远看上去白炽灯灯光偏红偏黄色表不好,但被照物体的颜色却很少失真。说明白炽灯显色性好。钠灯灯光颜色非常黄,当把一块蓝布放在钠灯光下,蓝布成了黑布,说明了钠灯的色表和显色性都不好。从这些例子可以看出,光源的色表和显色性既有区别又有联系。
三、路灯常用光源主要特性比较城市路灯的电光源,主要应具有良好的照明特性和合理的节能效果,减少环境污染实现绿色照明。因此,对路灯电光源的要求是长寿命,高光效,有较好的显色性和一致性,可要求在维修灯泡时有一定的互换性。目前,城市路灯使用高效率的金属蒸气弧光放电灯,如高压汞灯、高压钠灯作为照明光源,它们具有高光效和较好的显色性,长寿命等优点。对路灯常用电光源主要特性进行比较,主要目的是为了提高路灯的经济效益和实用价值。路灯常用电光源特性见表1。从表1中可以看出高压钠灯的发光效率是高压汞灯2～3倍,平均寿命是高压汞灯的4倍。而高压钠灯的显色指数和功率因数明显低于高压汞灯;起动标定时间和频闪效应二个特性几乎相同。通过比较为选择路灯电光源实现绿色照明提供了依据。表1 路灯常用电光源特性表光源名称白炽灯高压汞灯高压钠灯发光效率(ｌｍ/ｗ)6.9～1930～5090～100平均寿命(ｈ)1000600024000一般显色指数Ｒａ95～9930～4020～25启动标定时间ｔ1/ｍｉｎ瞬时4～84～8再起动时间ｔ2/ｍｉｎ瞬时5～1010～20功率因数Ｃｏｓ1 000 44～0 670 44频闪效应不明显明显明显电压变化对光通影响大较大大环境温度对光通影响小较小小 我国的高强度气体放电灯中金属卤化物灯所占比例相当小,但这是城市路灯的发展方向。主要产品有石英金属卤化物灯、陶瓷金属卤化物灯和无极放电金属卤化物灯等,有关性能请参阅2000年第2期《光源与照明》高强度气体放电灯的发展动态(四),这里不再一一叙述。
四、路灯常用光源的异常现象路灯常用光源中的高压汞灯、高压钠灯有时会出现忽明忽灭现象,再起动时间一般3～15ｍｉｎ。在灯泡长期燃点过程中由于电网电压突变,灯泡老化和维修质量等原因,才会出现这种忽明忽灭现象。形成的原因可分为周期性和非周期性两大类。1 在灯泡长期使用后,工作电压会逐步上升,当超过允许值的上限电压时(如高钠灯工作电压达145Ｖ左右时),在电源电压正常无波动时尚能维持亮灯。如果电源电压波动突然稍有降低,灯泡会马上自行熄灭。当电源电压恢复正常,并且灯泡也冷却到一定程度,其放电管内金属蒸气气压下降,金属气凝结后,才会再起动亮灯,造成非周期性忽明忽灭。2 即将寿终的老化灯泡,自触发亮灯后其工作电压逐步上升到170Ｖ时,虽然电源电压正常无波动,灯泡会很快自行熄灭。待灯泡冷却到一定程度时又重新亮灯,工作电压又逐步上升……,重复上述过程。灯泡从触发亮灯到自行熄灭,冷却到再触发,每一个周期时间基本相等,直到灯泡将寿命终止。这样周而复始的熄灭与重燃说明灯泡将寿终。同时也造成灯泡周期性忽明忽灭。3 当维修质量不高时,线路中有个别虚接现象,会时虚时实,造成灯泡忽明忽灭。路灯常用光源的异常现象会破坏道路照明的亮度均匀度,给行人和车辆带来极大不便。解决光源异常现象的办法有:使用专用变压器供电,以保证电压质量;注意观察巡视,发现将寿终的灯泡及时更换;加强维修质量,安装牢固可靠杜绝虚接现象。
五、金属蒸气弧光放电灯应用中的注意事项汞和钠是不同的放电物质,所以高压汞灯和高压钠灯各有其特殊性能。二者既有相同之处又有不同之处。因此,在应用中应注意以下事项。1 灯泡必须与相同规格的镇流器配套使用,否则灯泡将不能启动或缩短寿命。2 在使用过程中灯泡自行熄灭,如果电源电压波动不大,镇流器损坏其它方面全部正常,再次起动试点,若仍熄灭,说明灯泡不能继
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